KR20220056244A - 측정 시스템 및 격자 패턴 어레이 - Google Patents

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이페이 왕
용안 수
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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

본 개시내용의 실시예들은 측정 시스템들 및 격자 패턴 어레이들을 포함한다. 측정 시스템들은 기판 상의 격자 구역들의 회절 패턴들 또는 확대된 실제 이미지들을 생성하기 위한 다수의 서브시스템들을 포함한다. 측정 시스템들은 광을 반사 및 투과시키도록 구성되며, 반사 및 투과된 빔들은 회절 패턴들 및 확대된 이미지들을 생성한다. 회절 패턴들 및 이미지들은 격자 구역들의 격자 피치 및 각도들에 대한 정보를 제공한다. 기판 상에 배치된 격자 패턴 어레이들은 메인 구역들 및 기준 구역들을 포함한다. 기준 구역들은 대응하는 메인 구역들을 로케이팅시키는 데 사용된다. 측정 시스템들은 회전 스테이지를 포함하지 않으며, 따라서 스테이지의 회전의 정밀한 제어가 필요하지 않다.

Description

측정 시스템 및 격자 패턴 어레이
[0001] 본 개시내용의 실시예들은 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는, 측정 시스템 및 격자 패턴 어레이에 관한 것이다.
[0002] 가상 현실(VR)은 일반적으로, 사용자가 명백한 물리적 존재를 갖는 컴퓨터 생성 시뮬레이팅된 환경인 것으로 고려된다. VR 경험은 3D로 생성되며, 실제 환경을 대체하는 VR 환경을 디스플레이하기 위한 렌즈들로서 근안 디스플레이 패널들을 갖는 HMD(head-mounted display), 이를테면 안경 또는 다른 웨어러블 디스플레이 디바이스들을 이용하여 보여질 수 있다.
[0003] 그러나, 증강 현실(AR)은, 사용자가 주변 환경을 둘러보도록(view) 안경 또는 다른 HMD 디바이스의 디스플레이 렌즈들을 통해 여전히 볼 수 있지만, 디스플레이를 위해 생성되고 환경의 일부로서 나타나는 가상 오브젝트들의 이미지들도 또한 볼 수 있는 경험을 가능하게 한다. AR은 사용자가 경험하는 환경을 향상시키거나 증강시키는 임의의 타입의 입력, 이를테면 오디오 및 햅틱 입력들 뿐만 아니라 가상 이미지들, 그래픽들, 및 비디오를 포함할 수 있다. AR 경험을 달성하기 위해, 가상 이미지가 주변 환경 상에 오버레이되며, 오버레이는 광학 디바이스들에 의해 수행된다. 제조된 광학 디바이스들은 광학 디바이스의 적절한 기능을 보장하기 위해 고려되어야 하는 불균일한 속성들을 갖는 경향이 있으며, 이는 격자 각도들 및 격자 피치(pitch)와 같은 격자 파라미터들의 정확한 측정들을 요구한다.
[0004] 당업계에서 측정 시스템들에 대한 하나의 단점은 측정된 기판의 정밀한 각도 제어가 필요하다는 것이다. 표면으로부터 입사 광을 반사시키는 종래의 광학 측정 시스템들은 격자 각도들을 측정하기 위해 회전 스테이지들을 요구한다. 부가적으로, 다수의 광학 및 검출기 디바이스들의 회전은 격자들로부터의 반사된 광을 정확하게 캡처하기 위해 신중하게 제어되어야 한다.
[0005] 따라서, 당업계에서 필요한 것은 스테이지의 정밀한 회전 제어를 요구하지 않는 측정 시스템들이다.
[0006] 본 명세서의 실시예들은 측정 시스템들 및 격자 패턴 어레이들을 포함한다. 측정 시스템들은 기판 표면에 대해 약 90°로 입사 광 빔들을 생성하고, 따라서 회전 스테이지가 요구되지 않는다. 격자 패턴 어레이들은 상이한 격자 각도들 및 피치들을 갖는 격자들의 상이한 부분들의 더 용이한 로케이션(location)을 허용한다.
[0007] 일 실시예에서, 입사 광 빔을 생성하도록 구성된 광원, 렌즈, 및 빔 분할기를 포함하는 측정 시스템이 제공된다. 렌즈는 R0 빔, R1 빔 및 R-1 빔을 시준하도록 구성된다. R0 빔, R1 빔, 및 R-1 빔은 기판으로부터 빔 분할기 내로의 입사 광 빔의 반사로부터 생성된다.
[0008] 다른 실시예에서, 입사 광 빔을 생성하도록 구성된 광원, 렌즈, 및 빔 분할기를 포함하는 측정 시스템이 제공된다. 렌즈는 T0 빔, T1 빔, 및 T-1 빔을 시준하도록 구성된다. T0 빔, T1 빔, 및 T-1 빔은 기판을 통한 빔 분할기 내로의 입사 광 빔의 투과로부터 생성된다.
[0009] 또 다른 실시예에서, 격자 패턴 어레이가 제공된다. 격자 패턴 어레이는 기판 상에 배치된다. 격자 패턴 어레이는 하나 이상의 격자 구역들을 포함한다. 격자 구역들 각각은 메인 격자 각도 및 메인 격자 피치를 갖는 복수의 메인 격자들을 포함하는 하나 이상의 메인 구역들, 및 기준 격자 각도 및 기준 격자 피치를 갖는 복수의 기준 격자들을 포함하는 하나 이상의 기준 구역들을 포함한다.
[0010] 본 개시내용의 위에서 언급된 특징들이 상세히 이해될 수 있는 방식으로, 위에서 간략하게 요약된 본 개시내용의 더 구체적인 설명이 실시예들을 참조하여 이루어질 수 있는데, 이러한 실시예들 중 일부는 첨부된 도면들에 예시되어 있다. 그러나, 첨부된 도면들이 예시적인 실시예들만을 예시하는 것이므로, 본 개시내용의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 하며, 다른 균등하게 유효한 실시예들을 허용할 수 있다는 것을 유의해야 한다.
[0011] 도 1a는 일 실시예에 따른, 측정 시스템의 개략적인 측면도를 예시한다.
[0012] 도 1b 및 도 1c는 일 실시예에 따른, 측정 시스템의 사용 동안의 격자 구역의 줌인된(zoomed in) 부분을 예시한다.
[0013] 도 1d는 일 실시예에 따른 회절 패턴을 예시한다.
[0014] 도 2a는 일 실시예에 따른, 측정 시스템의 개략적인 측면도를 예시한다.
[0015] 도 2b 및 도 2c는 일 실시예에 따른, 측정 시스템의 사용 동안의 격자 구역의 줌인된 부분을 예시한다.
[0016] 도 2d는 일 실시예에 따른 회절 패턴을 예시한다.
[0017] 도 3a는 일 실시예에 따른, 기판 상에 배치된 격자 패턴 어레이를 예시한다.
[0018] 도 3b는 일 실시예에 따른, 격자 구역의 줌인된 부분을 예시한다.
[0019] 도 4는 일 실시예에 따른, 상이한 메인 격자들의 격자 각도들을 비교하기 위한 방법 동작들의 흐름도이다.
[0020] 이해를 용이하게 하기 위하여, 도면들에 공통적인 동일한 엘리먼트들을 지정하기 위해 가능한 경우 동일한 참조 번호들이 사용되었다. 일 실시예의 엘리먼트들 및 특징들이 추가적인 언급 없이 다른 실시예들에 유익하게 통합될 수 있다는 것이 고려된다.
[0021] 본 개시내용의 실시예들은 측정 시스템들 및 격자 패턴 어레이들을 포함한다. 측정 시스템들은 기판 상의 격자 구역들의 회절 패턴들 또는 확대된 실제 이미지들을 생성하기 위한 다수의 서브시스템들을 포함한다. 측정 시스템들은 광 빔들을 반사 및 투과시키도록 구성되며, 반사 및 투과된 빔들은 회절 패턴들 및 확대된 이미지들을 생성한다. 회절 패턴들 및 이미지들은 격자 구역들의 격자 피치 및 각도들에 대한 정보를 제공한다. 기판 상에 배치된 격자 패턴 어레이들은 메인 구역들 및 기준 구역들을 포함한다. 기준 구역들은 대응하는 메인 구역들을 로케이팅시키는 데 사용된다. 본 명세서에서 개시되는 실시예들은 광학 격자들의 속성들을 측정하기 위해, 반사 및 투과된 광을 사용하는 측정 시스템들에 유용할 수 있다(그러나 이에 제한되지 않음).
[0022] 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "약"은 공칭 값으로부터의 +/- 10% 변동을 지칭한다. 그러한 변동이 본 명세서에서 제공된 임의의 값에 포함될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
[0023] 도 1a는 일 실시예에 따른, 측정 시스템(100)의 개략적인 측면도를 예시한다. 도시된 바와 같이, 측정 시스템(100)은 광원(110), 소스 빔 분할기(111), 렌즈(109), 빔 분할기(115), 회절 이미징 시스템(125), 실제 이미징 시스템(160), 및 2차 회절 이미징 시스템(150)을 포함한다. 측정 시스템(100)은 기판(102) 상에 입사되는 입사 광 빔(105)을 생성하도록 구성된다. 기판(102)은 스테이지(도시되지 않음)에 의해 또는 패스너들(도시되지 않음)에 의해 홀딩된다. 스테이지는 측정 시스템(100)이 격자 구역(185)의 속성들을 측정하는 데 사용될 때 연속적으로 또는 이산적으로 이동된다. 입사 광 빔(105)은 광원(110)에 의해 생성되고, 입사 광 빔은 소스 빔 분할기(111)에 의해 반사된다. 이어서, 입사 광 빔(105)은 기판(102)의 격자 구역(185)으로부터 반사되고, 입사 광 빔은 R0 빔(106), R1 빔(107) 및 R-1 빔(108)으로 반사된다. 광원(110)은 당업계에서 사용되는 임의의 광원일 수 있고, 광의 파장은 격자 구역(185) 내의 격자의 피치에 대해 선택된다. 광원은 좁은 대역폭(<1pm)을 갖는 단일 파장 레이저일 수 있다. 일부 예들에서, 레이저 파장은 약 365 nm, 약 488 nm(청색 광), 약 532 nm(녹색 광), 약 589 nm(주황색 광), 및/또는 약 633 nm(적색 광)이다.
[0024] 기판(102)은 당업계에서 사용되는 임의의 기판일 수 있고, 기판의 사용에 의존하여 불투명하거나 투명할 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 기판(102)의 재료는 실리콘(Si) 또는 유리를 포함한다. 기판(102)은 임의의 사이즈 또는 형상, 이를테면, 150 mm, 200 mm, 또는 300 mm 직경 웨이퍼들(그러나 이에 제한되지 않음)일 수 있다.
[0025] 도 1b 및 도 1c는 일 실시예에 따른, 측정 시스템(100)의 사용 동안의 격자 구역(185)의 줌인된 부분을 예시한다. 도시된 바와 같이, 격자 구역(185)은 복수의 격자들(190)을 포함한다. 도시된 바와 같이, 각각의 격자(190)는 최상부 표면(194), 제1 경사진 측부 표면(192), 및 제2 경사진 측부 표면(193)을 갖는다. 그러나, 격자(190)의 단면이 정사각형, 직사각형, 또는 사다리꼴과 같은(그러나 이에 제한되지 않음) 임의의 형상일 수 있다는 것이 이해될 것이다. 격자들(190)은 더 작은 하위구조들을 포함하는 메타격자(metagrating)들일 수 있다. 격자들(190)은 방향(y)에 대해 격자 각도(Φ)를 이루며, 여기서 방향(y)은 기판(102)의 표면(102S)에 평행하다. 격자 각도(Φ)는 약 0° 내지 약 360°로 변할 수 있다. 격자들(190)은 격자 피치(191)에 의해 분리되고, 격자 피치는 약 150 nm 내지 약 10 μm로 변할 수 있다.
[0026] 입사 광 빔(105)은 표면에 대해 약 90°로 기판의 표면(102S) 상에 입사된다. R0 빔(106)은 입사 광 빔(105)에 대해 약 180°로 표면(102S)으로부터 반사되고, R1 빔(107)은 각도(θ1)로 표면으로부터 반사되며, R-1 빔(108)은 각도(θ-1)로 표면으로부터 다시 반사된다. 일부 실시예들에 따르면, 각도들(θ1 및 θ-1)은 거의 동일하다. 각도(θ1) 및 각도(θ-1)는 거의 동일할 수 있거나, 또는 각도(θ1) 및 각도(θ-1)는 입사 빔이 격자 표면에 수직이 아니면 상이할 수 있다. 격자 구역들(185) 및 기판(102)은 가상 현실(VR) 또는 증강 현실(AR) 디스플레이들과 같은(그러나 이에 제한되지 않음) 광학 디바이스에서 사용되도록 구성된다.
[0027] 도 1a를 다시 참조하면, 렌즈(109)는 빔 분할기(115) 상으로 R0 빔(106), R1 빔(107), 및 R-1 빔(108)을 시준하도록 구성된다. 렌즈(109)의 개구 수(numerical aperture)는 공기에서 약 0.1 내지 약 0.95의 범위일 수 있고, 침지 오일의 경우 약 1.5까지의 범위일 수 있다. 본 명세서에 개시된 렌즈들 중 렌즈(109) 또는 임의의 다른 렌즈는 현미경 대물 렌즈일 수 있다.
[0028] 일 실시예에 따르면, 측정 시스템(100)은 회절 이미징 시스템(125)을 포함한다. 도시된 바와 같이, 회절 이미징 시스템(125)은 회절 이미징 렌즈(120) 및 회절 이미징 센서(130)를 포함한다. 빔 분할기(115)는 R0 빔(106), R1 빔(107), 및 R-1 빔(108)을 회절 이미징 렌즈(120) 상으로 반사시키도록 구성된다. 회절 이미징 렌즈(120)는 R0 빔(106), R1 빔(107), 및 R-1 빔(108)을 회절 이미징 센서(130) 상에 포커싱하도록 구성되어, 빔들이 회절 이미징 센서 상에 회절 패턴(135)을 형성하게 한다. 회절 패턴(135)은 R0 빔(106)에 대응하는 0차 스폿(spot)(136), 및 R1 빔(107) 및 R-1 빔(108)에 각각 대응하는 2개의 1차 스폿들(137, 138)을 포함한다. 본 명세서에서 0차 스폿(136) 및 1차 스폿들(137, 138)만이 도시되지만, 임의의 차수의 스폿들이 또한 회절 패턴(135)에 포함될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 특정 스폿들의 부재 또는 흐릿함(blurriness)은 격자 구역(185)에서의 결함들의 존재 또는 비대칭을 표시할 수 있다.
도 1d는 일 실시예에 따른 회절 패턴(135)을 예시한다. 도 1d에 예시된 회절 패턴(135)은 또한, 후방 초점 평면 이미지로 지칭된다. 회절 패턴(135)은 상호(reciprocal) 평면 축들(kx, ky)에 대해 도시되며, 여기서 kx 및 ky는 x 및 y 축들에 대해 90° 회전된다. 1차 스폿들(152, 153) 사이의 거리(d)는 tan(θ1) 및/또는 tan(θ-1)에 비례한다. 회절 이미징 시스템(125)은 회절 패턴(135)을 사용자에게 투사하도록 구성되며, 이는 격자 각도(Φ)의 결정을 가능하게 한다. 격자 피치(191)는 다음의 수학식을 사용하여 결정될 수 있으며,
[0029]
Figure pct00001
여기서, m은 정수이고, P는 격자 피치이고, λ는 입사 광의 파장이다. 부가적으로, 격자 각도(Φ)는 1차 스폿들(152, 153) 및 0차 스폿(151)을 가로지르는 라인과 kx 축 사이의 각도를 측정함으로써 결정될 수 있다.
[0030] 일 실시예에 따르면, 회절 이미징 센서(130)는 CCD(charge-coupled device) 또는 CMOS(complementary metal-oxide-semiconductor)를 포함한다. 0차 스폿(136) 및 1차 스폿들(138, 137)의 해상도는 회절 이미징 센서(130)의 약 1 픽셀 내지 약 20 픽셀들이고, 격자 각도(Φ) 에러는 약 0.1° 내지 약 1.0°의 범위이다. 회절 이미지는 격자 각도(Φ) 및 격자 피치(191)를 결정하기 위해 분석된다. 도 1c에 도시된 바와 같이, 회절 스폿들의 로케이션들(R-1, R0, R1)(픽셀 단위)은 격자 각도들(Φ) 및 격자 피치(191)에 의해 결정된다. 적절한 교정 및 사후 이미지 분석을 이용하여, 격자 피치(191) 및 격자 각도(Φ)가 상응하게 결정될 수 있다.
[0031] 일 실시예에 따르면, 측정 시스템(100)은 실제 이미징 시스템(160)을 포함한다. 도시된 바와 같이, 실제 이미징 시스템(160)은 실제 이미징 렌즈(161) 및 실제 이미징 센서(162)를 포함한다. R0 빔(106), R1 빔(107), 및 R-1 빔(108)의 적어도 일부는 빔 분할기(115) 및 (존재한다면) 2차 빔 분할기(143)를 통과한다. 실제 이미징 렌즈(161)는 R0 빔(106), R1 빔(107), 및 R-1 빔(108)을 실제 이미징 센서(162) 상의 실제 이미지(163)로 포커싱하도록 구성된다. 일 실시예에 따르면, 실제 이미징 센서(162)는 CCD를 포함한다. 실제 이미지(163)는 격자 구역(185)의 확대된 패턴을 포함하고, 실제 이미지(163)는 스크래치들 및 먼지와 같은 결함들에 대해 격자들을 검사하기 위해 분석된다. 실제 이미징 시스템(160)은 실제 이미지 센서(162) 상에 실제 이미지(163)를 투사하도록 구성된다.
[0032] 일 실시예에 따르면, 측정 시스템(100)은 2차 회절 이미징 시스템(150)을 포함한다. 도시된 바와 같이, 2차 회절 이미징 시스템(150)은 2차 빔 분할기(143), 2차 실제 이미징 렌즈(141), 2차 실제 이미징 센서(180), 2차 회절 이미징 렌즈(142), 및 2차 회절 이미징 센서(145)를 포함한다. 2차 빔 분할기(143)는 R0 빔(106), R1 빔(107), 및 R-1 빔(108)을 2차 실제 이미징 렌즈(141) 상으로 반사시키도록 구성된다. 2차 실제 이미징 렌즈(141)는 R0 빔(106), R1 빔(107), 및 R-1 빔(108)을 2차 실제 이미징 센서(180) 상의 실제 이미지(181)로 포커싱하도록 구성된다. 회절 패턴(155)은 격자 각도(Φ) 및 격자 피치(191)를 결정하기 위해 분석된다.
[0033] R0 빔(106), R1 빔(107) 및 R-1 빔(108)의 적어도 일부는 2차 실제 이미징 센서(180)를 통해 2차 회절 이미징 렌즈(142)로 전달된다. 2차 회절 이미징 렌즈(142)는 회절 이미징 렌즈의 초점 길이가 변화될 수 있도록 튜닝가능하다. 2차 회절 이미징 렌즈(142)는 R0 빔(106), R1 빔(107), 및 R-1 빔(108)을 2차 회절 이미징 센서(145) 상에 포커싱하도록 구성되어, 빔들이 회절 이미징 센서 상에 회절 패턴(155)을 형성하게 한다. 회절 패턴(155)은 R0 빔(106)에 대응하는 0차 스폿(151), 및 R1 빔(107) 및 R-1 빔(108)에 각각 대응하는 2개의 1차 스폿들(152, 153)을 포함한다. 1차 스폿들(152, 153) 사이의 거리(d)는 tan(θ1) 및/또는 tan(θ-1)에 비례한다. 2차 회절 이미징 시스템(150)은 2차 회절 이미징 렌즈(142)의 초점 길이를 튜닝함으로써 검출기 상의 회절 스폿들 사이의 거리를 튜닝하도록 구성된다. 따라서, 더 큰 범위의 격자 피치들(191)이 고해상도로 측정될 수 있다. 2차 회절 이미징 시스템(150)은 회절 패턴(155) 및 실제 이미지(181) 둘 모두를 사용자에게 투사하도록 구성되며, 이는 격자 각도(Φ)의 결정을 가능하게 한다.
[0034] 일 실시예에 따르면, 2차 회절 이미징 센서(145)는 CCD(charge-coupled device)를 포함한다. 0차 스폿(151) 및 1차 스폿들(152, 153)의 해상도는 CCD의 약 1 픽셀 내지 약 20 픽셀들이고, 격자 각도(Φ) 에러는 약 0.1° 내지 약 1.0°의 범위이다.
[0035] 측정 시스템(100)이 회절 이미징 시스템(125), 실제 이미징 시스템(160), 및 2차 회절 이미징 시스템(150)의 임의의 조합을 포함할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 측정 시스템(100)이 회절 이미징 시스템(125), 실제 이미징 시스템(160), 및 2차 회절 이미징 시스템(150) 중 2개 이상을 포함하는 실시예들에서, 회절 이미징 센서(130), 실제 이미징 센서(162), 및 2차 회절 이미징 센서(145) 중 임의의 것은 다른 센서들 중 임의의 센서와 동일하거나 상이한 해상도를 가질 수 있다. 상이한 해상도들을 갖는 회절 이미징 센서(130), 실제 이미징 센서(162), 및 2차 회절 이미징 센서(145)는 다양한 격자 각도들 및 피치들을 갖는 상이한 격자 구역들을 포함하는 기판들(102)에 대해 유용하다. 부가적으로, 상이한 해상도들을 갖는 회절 이미징 센서(130), 실제 이미징 센서(162), 및 2차 회절 이미징 센서(145)는 측정들의 정확도를 검증하기 위해 격자 피치들 및 각도들의 값들을 비교하는 데 사용될 수 있다.
[0036] 도 2a는 일 실시예에 따른, 측정 시스템(200)의 개략적인 측면도를 예시한다. 도시된 바와 같이, 측정 시스템(200)은 광원(110), 렌즈(209), 빔 분할기(215), 회절 이미징 시스템(225), 및 실제 이미징 시스템(260)을 포함한다. 측정 시스템(200)은 기판(102) 상에 입사되는 입사 광 빔(105)을 생성하도록 구성된다. 기판(102)은 투명 스테이지(도시되지 않음)에 의해 또는 패스너들(도시되지 않음)에 의해 홀딩된다. 스테이지는 측정 시스템(200)이 격자 구역(185)의 속성들을 측정하는 데 사용될 때 연속적으로 또는 이산적으로 이동된다. 입사 광 빔(105)은 기판(102)의 격자 구역(185)을 통해 재투과되고, 입사 광 빔은 T0 빔(206), T1 빔(207), 및 T-1 빔(208)으로 투과된다. 광원(110)은 당업계에서 사용되는 임의의 광원일 수 있고, 광의 파장은 격자 구역(185) 내의 격자의 피치에 대해 선택된다. 파장들은 위에서 설명된 파장들 중 임의의 파장일 수 있다.
[0037] 도 2b 및 도 2c는 일 실시예에 따른, 측정 시스템(200)의 사용 동안의 격자 구역(185)의 줌인된 부분을 예시한다. 도시된 바와 같이, 격자 구역(185)은 복수의 격자들(190)을 포함한다. 입사 광 빔(105)은 표면에 대해 약 90°로 기판의 표면(102S) 상에 입사된다. T0 빔(206)은 입사 광 빔(105)에 대해 약 0°로 기판을 통해 투과되고, T1 빔(207)은 각도(θ1)로 기판을 통해 투과되며, T-1 빔(208)은 각도(θ-1)로 기판을 통해 투과된다. 일부 실시예들에 따르면, 각도들(θ1 및 θ-1)은 거의 동일하다. 각도(θ1) 및 각도(θ-1)는 거의 동일할 수 있거나, 또는 각도(θ1) 및 각도(θ-1)는, 격자 구역(185)이 격자 각도(Φ)에서 비대칭성을 가지면 상이할 수 있다. 격자 구역들(185) 및 기판(102)은 가상 현실(VR) 또는 증강 현실(AR) 디스플레이들과 같은(그러나 이에 제한되지 않음) 광학 디바이스에서 사용되도록 구성된다.
[0038] 도 2a를 다시 참조하면, 렌즈(209)는 빔 분할기(215) 상으로 T0 빔(206), T1 빔(207), 및 T-1 빔(208)을 시준하도록 구성된다. 렌즈(209) 또는 본 명세서에 개시된 임의의 다른 렌즈의 초점 길이는 약 10 mm 내지 약 1 m의 범위일 수 있다.
[0039] 일 실시예에 따르면, 측정 시스템(200)은 회절 이미징 시스템(225)을 포함한다. 도시된 바와 같이, 회절 이미징 시스템(225)은 회절 이미징 렌즈(220) 및 회절 이미징 센서(230)를 포함한다. 빔 분할기(215)는 T0 빔(206), T1 빔(207), 및 T-1 빔(208)을 회절 이미징 렌즈(220) 상으로 반사시키도록 구성된다. 회절 이미징 렌즈(220)는 T0 빔(206), T1 빔(207), 및 T-1 빔(208)을 회절 이미징 센서(230) 상에 포커싱하도록 구성되어, 빔들이 회절 이미징 센서 상에 회절 패턴(235)을 형성하게 한다. 회절 패턴(235)은 T0 빔(206)에 대응하는 0차 스폿(236), 및 T1 빔(207) 및 T-1 빔(208)에 각각 대응하는 2개의 1차 스폿들(237, 238)을 포함한다.
[0040] 도 2d는 일 실시예에 따른 회절 패턴(235)을 예시한다. 도 2d에 예시된 회절 패턴(235)은 또한, 후방 초점 평면 이미지로 지칭된다. 회절 패턴(235)은 상호(reciprocal) 평면 축들(kx 및 ky)에 대해 도시되며, 여기서 kx 및 ky는 x 및 y 축들에 대해 90° 회전된다. 1차 스폿들(237, 238) 사이의 거리(d)는 tan(θ1) 및/또는 tan(θ-1)에 비례한다. 회절 이미징 시스템(225)은 회절 패턴(235)을 사용자에게 투사하도록 구성되며, 이는 격자 각도(Φ)의 결정을 가능하게 한다. 격자 피치(191)는 다음의 수학식을 사용하여 결정될 수 있으며:
[0041]
Figure pct00002
[0042] 여기서, m은 정수이고, P는 격자 피치이고, λ는 입사 광의 파장이다. 부가적으로, 격자 각도(Φ)는 1차 스폿들(152, 153) 및 0차 스폿(151)을 가로지르는 라인과 kx 축 사이의 각도를 측정함으로써 결정될 수 있다.
[0043] 일 실시예에 따르면, 회절 이미징 센서(230)는 CCD 또는 CMOS를 포함한다. 0차 스폿(236) 및 1차 스폿들(238, 237)의 해상도는 회절 이미징 센서(230)의 약 1 픽셀 내지 약 20 픽셀들이고, 격자 각도(Φ) 에러는 약 0.1° 내지 약 1.0°의 범위이다.
[0044] 일 실시예에 따르면, 측정 시스템(200)은 실제 이미징 시스템(260)을 포함한다. 도시된 바와 같이, 실제 이미징 시스템(260)은 실제 이미징 렌즈(261) 및 실제 이미징 센서(262)를 포함한다. T0 빔(206), T1 빔(207), 및 T-1 빔(208)의 적어도 일부는 빔 분할기(215)를 통과한다. 실제 이미징 렌즈(261)는 T0 빔(206), T1 빔(207), 및 T-1 빔(208)을 실제 이미징 센서(262) 상의 실제 이미지(263)로 포커싱하도록 구성된다. 일 실시예에 따르면, 실제 이미징 센서(262)는 CCD를 포함한다. 실제 이미지(263)는 격자 구역(185)의 확대된 패턴을 포함하고, 실제 이미지는 격자 각도(Φ) 및 격자 피치(191)를 결정하기 위해 분석된다. 실제 이미징 시스템(260)은 실제 이미징 센서(262) 상에 실제 이미지(263)를 투사하도록 구성된다.
[0045] 일부 실시예들에서, 측정 시스템(200)은 광원과 기판(102) 사이에 배치된 하나 이상의 렌즈들(도시되지 않음)을 더 포함한다. 이들 부가적인 렌즈들은 입사 광 빔이 기판(102) 상에 입사되기 전에 더 작은 폭으로 입사 광 빔(105)을 추가로 포커싱할 수 있다. 일부 실시예들에서, 렌즈는 기판(102)의 공액 평면(conjugate plane)에 로케이팅되고, 다른 렌즈는 렌즈(209)의 후방 초점 평면의 공액 평면에 로케이팅된다. 부가적으로, 입사 광 빔(105)의 폭은 렌즈(209)의 후방 초점 평면의 공액 평면에 로케이팅된 애퍼처 다이어프램(도시되지 않음)에 의해 그리고 기판(102)의 공액 평면에 로케이팅된 필드 다이어프램(도시되지 않음)에 의해 제어될 수 있다.
[0046] 측정 시스템(200)이 회절 이미징 시스템(225)과 실제 이미징 시스템(260)의 임의의 조합을 포함할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 측정 시스템(100)이 회절 이미징 시스템(225) 및 실제 이미징 시스템(260) 둘 모두를 포함하는 실시예들에서, 회절 이미징 센서(230) 및 실제 이미징 센서(262)는 동일하거나 상이한 해상도를 가질 수 있다. 상이한 해상도들을 갖는 회절 이미징 센서(230) 및 실제 이미징 센서(262)는 다양한 격자 각도들 및 피치들을 갖는 상이한 격자 구역들을 포함하는 기판들(102)에 대해 유용하다. 부가적으로, 상이한 해상도들을 갖는 회절 이미징 센서(230) 및 실제 이미징 센서(262)는 측정들의 정확도를 검증하기 위해 격자 피치들 및 각도들의 값들을 비교하는 데 사용될 수 있다.
[0047] 측정 시스템들(100, 200)은 회전 스테이지를 포함하지 않으며, 따라서 스테이지의 회전의 정밀한 제어가 필요하지 않다. 부가적으로, 측정 시스템들(100, 200)이 동일한 광원(110)의 반사 및 투과 둘 모두를 측정하도록 구성된 단일 측정 시스템으로 결합될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 결합된 측정 시스템은 매우 다양한 격자 구역 피치들 및 각도들을 갖는 투명 기판들(102)에 대해 유용하다. 불투명 기판들(102)의 경우, 측정 시스템(100)이 입사 광 빔의 투과보다는 입사 광 빔(105)의 반사를 사용하므로, 측정 시스템(100)이 사용될 수 있다. 측정 시스템들(100, 200)은 단일 아암(arm)에 포함되며, 따라서 다수의 회전 아암들의 신중한 교정 및 제어가 필요하지 않다.
[0048] 도 3a는 일 실시예에 따른, 기판(102) 상에 배치된 격자 패턴 어레이(302)를 예시한다. 도시된 바와 같이, 격자 패턴 어레이(302)는 하나 이상의 격자 구역들(301)을 포함한다. 격자 구역들(301)은 위에서 설명된 것과 동일한 격자 구역(185)일 수 있다. 격자 패턴 어레이(302)는 광학 디바이스, 예컨대 VR 또는 AR 디스플레이의 일부로서 사용되도록 구성된다.
[0049] 도 3b는 일 실시예에 따른, 격자 구역(301)의 줌인된 부분을 예시한다. 도시된 바와 같이, 격자 구역(301)은 하나 이상의 메인 구역들(310, 320, 330, 340, 350, 360) － 각각의 메인 구역은 격자 각도(Φ) 및 격자 피치(191)를 갖는 격자를 가짐 －, 및 하나 이상의 기준 구역들(311, 321, 331, 341, 351, 361) － 각각의 기준 구역은 격자 각도(Φ) 및 격자 피치(191)를 갖는 격자를 가짐 － 을 포함한다. 일 실시예에 따르면, 메인 구역들(310, 320, 330, 340, 350, 360)은 서로 상이한 메인 격자 각도들(Φ)을 갖는다. 일 실시예에 따르면, 메인 구역들(310, 320, 330, 340, 350, 360)은 동일하거나 상이한 피치들일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 메인 구역들(310, 320, 330, 340, 350, 360)의 형상은 동일하거나 상이할 수 있다. 격자 구역(301)은 광학 디바이스, 예컨대 VR 또는 AR 디스플레이의 일부로서 사용되도록 구성된다.
[0050] 각각의 메인 구역(예컨대, 310)은 대응하는 기준 구역(예컨대, 311)을 갖고, 기준 구역들 각각은 대응하는 메인 격자 구역과 동일한 격자 배향을 갖는다. 도 3b가 기준 구역들(311, 321, 331, 341, 351, 361)에 대한 메인 구역들(310, 320, 330, 340, 350, 360)의 일대일 비율을 갖는 시스템을 예시하지만, 임의의 비율(예컨대, 각각의 메인 구역에 대한 2개의 기준 구역들)이 사용될 수 있거나 또는 각각의 메인 구역이 임의의 수의 대응하는 기준 구역들을 가질 수 있다는 것이 고려된다. 일 실시예에 따르면, 기준 구역(311)의 피치(Pref)는 대응하는 메인 구역(310)의 피치(Pmain)의 대략 정수배(n)이고, 즉,
Figure pct00003
이다. 대응하는 메인 격자(310)와 거의 동일한 격자 각도(Φ)를 갖는 기준 구역(311)의 조합은 사용자가 측정을 위해 원하는 메인 격자를 용이하게 로케이팅시키게 허용한다.
[0051] 도 4는 일 실시예에 따른, 상이한 메인 구역들(310, 320)의 격자 각도들(ΦA, ΦB)을 비교하기 위한 방법(400) 동작들의 흐름도이다. 방법(400)의 동작들 각각은 측정 시스템들(100, 200), 또는 2019년 8월 13일자로 출원된 미국 특허 출원 제16/539,930호, 및/또는 2019년 4월 15일자로 출원된 미국 가특허 출원 제62/834,219호(이들 출원들 각각은 그들 전체가 인용에 의해 포함됨)에서 설명된 임의의 측정 시스템의 임의의 실시예에 의해 수행될 수 있다. 방법 동작들이 도 4와 관련하여 설명되지만, 당업자들은 방법(400) 동작들을 임의의 순서로 수행하도록 구성된 임의의 시스템이 본 명세서에서 설명되는 실시예들의 범위 내에 속한다는 것을 이해할 것이다.
[0052] 방법(400)은 동작(410)에서 시작되며, 여기서, 제1 메인 구역(예컨대, 310)의 격자 각도(ΦA)와 대응하는 제1 기준 구역(예컨대, 311)의 격자 각도(ΦA1)의 차이가 측정되며, 차이는 ΦA - ΦA1에 의해 주어진다. 격자 각도의 차이는 위에서 설명된 측정 시스템들(100, 200) 중 임의의 측정 시스템을 사용하여 측정될 수 있거나, 또는 격자 각도의 차이는 리트로우 시스템(Littrow system)과 같은 부가적인 부착된 측정 시스템을 사용하여 측정될 수 있다.
[0053] 동작(420)에서, 제2 메인 구역(예컨대, 320)의 격자 각도(ΦB)와 대응하는 제2 기준 구역(예컨대, 321)의 격자 각도(ΦB1)의 차이가 측정되며, 차이는 ΦB - ΦB1에 의해 주어진다. 격자 각도의 차이는 위에서 설명된 측정 시스템들(100, 200) 중 임의의 측정 시스템을 사용하여 측정될 수 있다.
[0054] 동작(430)에서, 제1 기준 구역(예컨대, 311)의 격자 각도(ΦA1)와 제2 기준 구역(예컨대, 321)의 격자 각도(ΦB1)의 차이가 측정되며, 차이는 ΦA1 - ΦB1에 의해 주어진다. 격자 각도의 차이는 위에서 설명된 측정 시스템들(100, 200) 중 임의의 측정 시스템을 사용하여 측정될 수 있다.
[0055] 동작(440)에서, 제1 메인 구역(예컨대, 310)의 격자 각도(ΦA)와 제2 메인 구역(예컨대, 320)의 격자 각도(ΦB)의 차이가 결정되며, 차이는 다음의 식에 의해 결정된 ΦA - ΦB에 의해 주어진다.
[0056]
Figure pct00004
[0057] 기준 구역들(311, 321)의 격자 각도들(ΦA1, ΦB1)을 비교하는 것은 메인 구역들(310, 320) 사이의 격자 각도들(ΦA, ΦB)의 차이들의 간접적인 측정을 허용한다. 부가적으로, 기준 구역들(311, 321)은 대응하는 메인 구역들(310, 320)보다 큰 피치들을 갖고, 따라서 격자 각도들(ΦA1, ΦB1)은 대응하는 메인 구역들의 격자 각도들(ΦA, ΦB)을 측정하는 데 필요할 더 긴 파장들의 광을 사용하여 측정될 수 있다. 예컨대, 약 400 nm의 격자 피치(Pmain)를 갖는 메인 구역(310)은, 레이저 소스가 400 nm 미만의 파장을 갖는 광을 생성하는 것을 요구할 것이지만, 격자 피치 Pref = 2Pmain = 800 nm로 대응하는 기준 구역(311)을 측정하는 것은 800 nm 미만의 파장을 갖는 광을 생성하는 레이저 소스를 사용하여 측정될 수 있으며, 전형적으로 가시 광은 자외선 광보다 생성하기 더 용이하다.
[0058] 위에서 설명된 바와 같이, 측정 시스템은 기판 상의 격자 구역들의 회절 패턴들 또는 확대된 실제 이미지들을 생성하기 위한 다수의 서브시스템들을 포함한다. 측정 시스템들은 광을 반사 및 투과시키도록 구성되며, 반사 및 투과된 빔들은 회절 패턴들 및 확대된 이미지들을 생성한다. 회절 패턴들 및 이미지들은 격자 구역들의 격자 피치 및 각도들에 대한 정보를 제공한다. 기판 상에 배치된 격자 패턴 어레이들은 메인 구역들 및 기준 구역들을 포함한다. 기준 구역들은 대응하는 메인 구역들을 로케이팅시키는 데 사용된다.
[0059] 측정 시스템들은 회전 스테이지를 포함하지 않으며, 따라서 스테이지의 회전의 정밀한 제어가 필요하지 않다. 측정 시스템들은 단일 아암에 포함되며, 따라서 다수의 회전 아암들의 신중한 교정 및 제어가 필요하지 않다. 측정 시스템들은 오소스코픽(orthoscopic)일 수 있는데, 즉 최소 왜곡을 갖는 이미지들을 제공할 수 있고, 그리고/또는 측정 시스템들은 코노스코픽(conoscopic)일 수 있는데, 즉 투명 기판을 통해 측정함으로써 이미지를 제공할 수 있다. 기준 구역들의 격자 각도들을 비교하는 것은 메인 구역들 사이의 격자 각도들의 차이들의 간접적인 측정을 허용한다.
[0060] 전술한 것이 본 개시내용의 실시예들에 관한 것이지만, 본 개시내용의 다른 및 추가적인 실시예들이 본 개시내용의 기본적인 범위를 벗어나지 않으면서 안출될 수 있으며, 본 개시내용의 범위는 후속하는 청구항들에 의해 결정된다.

Claims (20)

  1. 측정 시스템으로서,
    입사 광 빔을 생성하도록 구성된 광원;
    렌즈; 및
    빔 분할기를 포함하며,
    상기 렌즈는 R0 빔, R1 빔, 및 R-1 빔을 시준하도록 구성되고, 상기 R0 빔, 상기 R1 빔, 및 상기 R-1 빔은 기판으로부터 상기 빔 분할기로의 상기 입사 광 빔의 반사로부터 생성되는, 측정 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    회절 이미징 시스템을 더 포함하며,
    상기 회절 이미징 시스템은,
    회절 이미징 센서; 및
    상기 R0 빔, 상기 R1 빔, 및 상기 R-1 빔을 상기 회절 이미징 센서 상에 포커싱하도록 구성된 회절 이미징 렌즈를 포함하고,
    상기 빔 분할기는 상기 R0 빔, 상기 R1 빔, 및 상기 R-1 빔을 상기 회절 이미징 렌즈 상으로 반사시키도록 구성되는, 측정 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 회절 이미징 센서는 CCD(charge-coupled device) 또는 CMOS(complementary metal-oxide-semiconductor)를 포함하는, 측정 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    실제 이미징 시스템을 더 포함하며,
    상기 실제 이미징 시스템은,
    실제 이미징 센서; 및
    상기 R0 빔, 상기 R1 빔, 및 상기 R-1 빔을 상기 실제 이미징 센서 상에 포커싱하도록 구성된 실제 이미징 렌즈를 포함하고,
    상기 빔 분할기는 상기 R0 빔, 상기 R1 빔, 및 상기 R-1 빔을 상기 실제 이미징 렌즈 상으로 반사시키도록 구성되는, 측정 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 실제 이미징 센서는 CCD 또는 CMOS를 포함하는, 측정 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    2차 이미지 시스템을 더 포함하며,
    상기 2차 이미지 시스템은,
    2차 빔 분할기;
    2차 실제 이미징 센서;
    상기 R0 빔, 상기 R1 빔, 및 상기 R-1 빔을 상기 2차 실제 이미징 센서 상에 포커싱하도록 구성된 2차 실제 이미징 센서;
    2차 회절 이미징 센서; 및
    상기 R0 빔, 상기 R1 빔, 및 상기 R-1 빔을 상기 2차 회절 이미징 센서 상에 포커싱하도록 구성된 2차 회절 이미징 렌즈를 포함하고,
    상기 2차 빔 분할기는 상기 R0 빔, 상기 R1 빔, 및 상기 R-1 빔을 상기 2차 실제 이미징 렌즈 상으로 반사시키도록 구성되는, 측정 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 2차 회절 이미징 센서는 CCD(charge-coupled device) 또는 CMOS(complementary metal-oxide-semiconductor)를 포함하는, 측정 시스템.
  8. 광학 디바이스로서,
    하나 이상의 격자 구역들을 포함하며,
    상기 격자 구역들 각각은,
    메인 격자 각도 및 메인 격자 피치를 각각 갖는 복수의 메인 격자들을 포함하는 하나 이상의 메인 구역들; 및
    기준 격자 각도 및 기준 격자 피치를 각각 갖는 복수의 기준 격자들을 포함하는 하나 이상의 기준 구역들을 포함하고,
    각각의 기준 격자 피치는 각각의 메인 격자 피치보다 큰, 광학 디바이스.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 하나 이상의 메인 구역들의 제1 메인 격자는 제1 메인 격자 각도를 갖고, 상기 하나 이상의 메인 구역들의 제2 메인 격자는 제2 메인 격자 각도를 가지며,
    상기 제2 메인 격자 각도는 상기 제1 메인 격자 각도와 상이한, 광학 디바이스.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 하나 이상의 메인 구역들의 제1 메인 구역은 상기 하나 이상의 메인 구역들의 제2 메인 구역과 상이한 형상을 갖는, 광학 디바이스.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 하나 이상의 메인 구역들의 대응하는 메인 구역은 상기 하나 이상의 기준 구역들의 대응하는 기준 구역을 갖고, 상기 대응하는 메인 구역은 상기 대응하는 기준 구역의 대응하는 기준 격자 각도와 거의 동일한 대응하는 메인 격자 각도를 포함하는, 광학 디바이스.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 대응하는 기준 구역의 대응하는 기준 격자 피치는 상기 대응하는 메인 구역의 대응하는 메인 격자 피치의 대략 정수배인, 광학 디바이스.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 정수는 2인, 광학 디바이스.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 복수의 메인 격자들 중 적어도 하나는 정사각형, 직사각형, 또는 사다리꼴로 이루어진 그룹으로부터 선택된 단면 형상을 갖는, 광학 디바이스.
  15. 제8항에 있어서,
    각각의 기준 격자 피치는 약 150 nm 내지 약 10 μm인, 광학 디바이스.
  16. 광학 디바이스로서,
    메인 격자 각도 및 메인 격자 피치를 각각 갖는 복수의 메인 격자들; 및
    기준 격자 각도 및 기준 격자 피치를 각각 갖는 복수의 기준 격자들을 포함하며,
    각각의 메인 격자 피치는 제1 파장과 동일하고, 상기 기준 격자 피치는 가시 광 스펙트럼 또는 적외선 스펙트럼 내의 제2 파장 이하이고, 각각의 메인 격자 피치는 각각의 기준 격자 피치보다 작은, 광학 디바이스.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 복수의 메인 격자들 중 제1 메인 격자는 상기 복수의 기준 격자들 중 제1 기준 격자 및 제2 기준 격자에 대응하며,
    상기 제1 기준 격자 및 상기 제2 기준 격자는 상기 제1 메인 격자의 제1 로케이션에 관련된 정보를 제공하도록 구성되는, 광학 디바이스.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제1 기준 격자의 제1 기준 각도(ΦA1)와 상기 제2 기준 격자의 제2 기준 각도(ΦB1) 사이의 기준 각도 차이는 상기 복수의 메인 격자들 중 상기 제1 메인 격자와 제2 메인 격자 사이의 메인 각도 차이에 대응하는, 광학 디바이스.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제1 메인 격자의 제1 메인 각도(ΦA)와 상기 제1 기준 각도(ΦA1) 사이의 제1각도 차이는 상기 메인 각도 차이에 대응하고,
    상기 제2 메인 격자의 제2 메인 각도(ΦB)와 상기 제2 기준 각도(ΦB1) 사이의 제2 각도 차이는,
    Figure pct00005

    에 의해 정의되는 상기 메인 각도 차이(ΦA - ΦB)에 대응하는, 광학 디바이스.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 복수의 기준 격자들은 800 nm 미만의 파장을 포함하는 광원에 의해 판독가능하도록 구성되는, 광학 디바이스.
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